中 시후대, 곤충 근육 모방한 ‘소프트 로봇’ 개발

중국 저장성 항저우에 위치한 시후대(西湖大,웨스트레이크대) 과학자들이 곤충 근육에서 영감을 받아 저전력으로도 강력하게 움직이는 근육형 액추에이터를 개발했다고 밝혔다. 이 기술을 적용한 곤충 크기의 소프트 로봇은 실제 환경에서 자유롭게 기어 다니고, 수영하고, 점프하는 데 성공해 로봇공학 분야의 오랜 난제를 해결했다.

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연구팀은 이번 연구 성과를 학술 전문지인 '네이처 커뮤니케이션즈'에 발표했다. (논문 제목:Muscle-inspired elasto-electromagnetic mechanism in autonomous insect robots)

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연구팀에 따르면, 자연에서 동물들의 근육은 동적 수축과 이완을 통해 다양한 이동에 필요한 필수적인 힘과 변형을 제공하며, 이를 통해 환경적 도전 요소를 극복하고 탐색할 수 있다. 그러나 대부분의 자율 로봇 시스템은 여전히 전통적인 경직된 모터를 사용하며, 근육과 유사한 액추에이터의 적응성과 내구성을 갖추지 못하고 있다. 기존 로봇 시스템의 딱딱한 모터는 소형화가 어렵고 고장이 잦다는 한계가 있었다.

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기존 인공 근육은 소프트 액추에이션에 유망하지만, 엄격한 작동 조건을 요구하여 온보드 전원 공급 소형 자율 시스템에서의 적용을 방해한다.

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이번 연구는 부드러운 폴리머와 작은 자석으로 감싼 전기 코일을 결합해 이 문제를 극복했다. 이 메커니즘은 마치 연체동물처럼 최소한의 에너지로, 즉 전력 공급 없이도 형태를 유지할 수 있는 것이 특징이다. 이 액추에이터는 매우 유연한 소재로 만들어져 내구성이 뛰어났다. 수백만 번의 반복적인 움직임과 30미터 높이에서의 낙하 충격에도 견딜 수 있다.

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연구팀은 이 액추에이터를 테스트하기 위해 기어 다니고, 수영하고, 자율적으로 점프하는 곤충 크기의 소프트 로봇을 여러 개 제작했다. 이 로봇들은 거친 돌, 흙, 유리 등 다양한 지형에서 감지 임무를 완수하고 장애물 코스를 통과했다. 수영 로봇은 실험실뿐만 아니라 실제 강에서도 성공적으로 임무를 수행했다.

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이번 성공은 액추에이터의 뛰어난 성능과 다재다능함을 입증했으며, 향후 다양한 분야에 활용될 가능성을 열었다. 연구팀은 이 기술이 수색 및 구조 작업, 위험 지역 탐사, 동굴 탐험, 최소 침습 의료 도구 개발 등에 활용될 수 있을 것으로 기대했다.

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